Thermodynamische variabelen die oefeningen zijn en opgeloste oefeningen

De Thermodynamische variabelen o Statusvariabelen zijn die macroscopische magnitudes die een thermodynamisch systeem karakteriseren, het meest bekende druk, volume, temperatuur en massa. Ze zijn erg handig in de beschrijving van systemen met meerdere ingangen en uitgangen. Er zijn tal van even belangrijke toestandsvariabelen, afgezien van de eerder genoemde. De selectie hangt af van het systeem en de complexiteit ervan.

Een vlak vol passagiers of een auto kan worden beschouwd als systemen en zijn variabelen omvatten naast massa en temperatuur, de hoeveelheid brandstof, de geografische positie, snelheid, versnelling en natuurlijk nog veel meer.

Figuur 1. Een vlak kan worden bestudeerd als een thermodynamisch systeem. Bron: Pixabay.

Als zoveel variabelen kunnen worden gedefinieerd, wanneer een variabele als een toestand wordt beschouwd? Worden beschouwd als zodanig waarin het proces waarbij de variabele zijn waarde verwerft, er niet toe doet.

Aan de andere kant, wanneer de aard van de transformatie de uiteindelijke waarde van de variabele beïnvloedt, wordt deze niet langer beschouwd als een toestandsvariabele. Belangrijke voorbeelden hiervan zijn werk en warmte.

Door de kennis van de toestandsvariabelen kan het systeem op een bepaald moment fysiek worden beschreven_of. Dankzij de ervaring worden wiskundige modellen gecreëerd die hun evolutie in de loop van de tijd beschrijven en de staat voorspellen in een tijd t> t_of.

[TOC]

Intensieve, uitgebreide en specifieke variabelen

In het geval van een gas, een systeem dat vaak wordt bestudeerd in de thermodynamica, de massa Het is een van de belangrijkste en fundamentele staatsvariabelen van elk systeem. Is gerelateerd aan de hoeveelheid materie die het bevat. In het internationale systeem wordt het gemeten in kg.

De massa is erg belangrijk in een systeem en de thermodynamische eigenschappen worden geclassificeerd omdat ze afhankelijk zijn of niet:

Kan u bedienen: voltmeter: kenmerken, werking, waarvoor is het, typen

-Intensief: zijn onafhankelijk van massa en grootte, bijvoorbeeld temperatuur, druk, viscositeit en in het algemeen degenen die een systeem onderscheiden van een ander.

-Uitgebreid: die die variëren met de grootte van het systeem en de massa ervan, zoals gewicht, lengte en volume.

-Specifiek: die verkregen door het uiten van uitgebreide eigenschappen per massa -eenheidsmassa. Onder hen zijn het soortelijk gewicht en het specifieke volume.

Om onderscheid te maken tussen de soorten variabelen, stel je voor dat je het systeem in twee gelijke delen verdeelt: als de grootte in elk jaar hetzelfde blijft, is het een intensieve variabele. Als dit niet het geval is, neemt de waarde ervan in de helft af.

-Druk, volume en temperatuur

Volume

Het is de ruimte die door het systeem wordt ingenomen. De volume -eenheid in het internationale systeem is de kubieke meter: m³. Andere veel gebruikte eenheden zijn kubieke centimeter, kubieke voet en liter.

Druk

Het is een scalaire grootte gegeven door het quotiënt tussen de loodrechte component van de kracht die op een lichaam wordt uitgeoefend en het gebied hiervan. De drukeenheid in het internationale systeem is de Newton /M² O Pascal (PA).

Naast de Pascal heeft de druk talloze eenheden die volgens de scope worden gebruikt. Onder hen zijn de PSI, de sfeer (ATM), de tralies en de millimeters van Mercurius (MMHG).

Temperatuur

In zijn microscopische interpretatie is de temperatuur de maat van de kinetische energie van de moleculen die het te bestuderen gas vormen. En op macroscopisch niveau geeft de richting van warmtestroom aan door contact op te nemen met twee systemen.

De temperatuureenheid in het internationale systeem is de Kelvin (K) en er zijn ook de Celsius (ºC) en Fahrenheit (ºF) schalen (ºF).

Kan u van dienst zijn: Brayton Cycle: Process, Efficiency, Toepassingen, Oefeningen

Opgeloste oefeningen

Deze sectie zal vergelijkingen gebruiken om de waarden van de variabelen te verkrijgen wanneer het systeem zich in een bepaalde situatie bevindt. Het gaat over Staatsvergelijkingen.

Een staatsvergelijking is een wiskundig model dat gebruik maakt van toestandsvariabelen en modellen systeemgedrag. Een studieobject wordt voorgesteld als een ideaal gas, dat bestaat uit een reeks moleculen die vrij kunnen bewegen, maar zonder er tussen te interactie.

De voorgestelde statusvergelijking voor ideale gassen is:

P.V = n.k.T

Waar P Het is de druk, V Het is het volume, N Het is het aantal moleculen en k Het is de constante van Boltzmann.

-Oefening 1

U hebt de banden van uw auto opgeblazen bij de druk aanbevolen door de fabrikant van 3.21 × 10⁵ PA, op een plaats waar de temperatuur -5 was.00 ° C, maar wil nu naar het strand, waar 28 ºC is. Met de temperatuurstijging is het volume van een band met 3% toegenomen.

Figuur 2. Door de temperatuur te verhogen van -5 ° C tot 28 ºC, wordt de lucht van de banden uitgezet en als er geen verliezen zijn. De druk neemt toe. Bron: Pixabay.

Zoek de uiteindelijke druk in de band en geef aan of deze de door de fabrikant gegeven tolerantie heeft overschreden, die niet meer dan 10% van de aanbevolen druk mag overschrijden.

Oplossing

Het ideale gasmodel is beschikbaar, daarom zal worden aangenomen dat de lucht van de banden de gegeven vergelijking volgt. Het zal ook betekenen dat er geen luchtverliezen in de banden zijn, dus het aantal mol is constant:

Eerste aantal moleculen (bij -5 ºC) = aantal uiteindelijke moleculen (bij 28 ºC)

(P.V/ k .T) _voorletter = (P.V/ k.T)_laatste

Het omvat de voorwaarde dat het uiteindelijke volume met 3%is toegenomen:

Kan u van dienst zijn: parallel circuit

(P.V/t) _voorletter= 1.03v_voorletter (P /T)_laatste

De bekende gegevens worden vervangen en de uiteindelijke druk wordt gewist. Belangrijk: de temperatuur moet worden uitgedrukt in Kelvin: T(K) = t (° C) + 273.vijftien

(P/T) _laatste = (P/t) _voorletter /1.03 = (3.21 × 10⁵ PA / (-5 + 273.15 k))) /1.03 = 1.16 x 10³ PA/K

P _laatste = (28 + 273.15 k) _X1.16 _X 10³ PA/K = 3.5 x 10⁵ vader.

De fabrikant heeft aangegeven dat tolerantie 10 %is, daarom is de maximale waarde van de druk:

P _maximaal = 3.21 × 10⁵ PA + 0.1 x 3.21 × 10⁵ PA = 3.531 × 10⁵ vader

U kunt rustig naar het strand reizen, althans wat de banden betreft, omdat deze de gevestigde druklimiet niet heeft overtroffen.

Oefening 2

Een ideaal gas heeft een volume van 30 liter bij een temperatuur van 27 ° C en de druk van 2 atmes. Houd de druk constant en vind het volume wanneer de temperatuur voorbij -13 ºC is.

Oplossing

Het is een constant drukproces (isobarisch proces). In dit geval is de ideale gasstatusvergelijking vereenvoudigd om:

P _voorletter = P _laatste

(N.k.TV)_voorletter= (N.k.TV)_laatste

(TV) _voorletter= (T/v) _laatste

Resultaat bekend als de wet van Charles. De beschikbare gegevens zijn:

V _voorletter = 30 l; T_voorletter = 27 ºC = (27 + 273.15 k) = 300.15 K; T _laatste = (-13+273.15 k) = 260.15 k

Opruimen en vervangen:

V _laatste = V _voorletter . (T _laatste /T _voorletter) = 30 l . (260.15 K)/(300.15 k) = 26 l.

Referenties

1. Borgnakke. 2009. Fundamentals van de thermodynamica. 7^e Editie. Wiley en zonen. 13-47.
2. Cengel, en. 2012. Thermodynamica. 7^ma Editie. McGraw Hill. 2-6.
3. Fundamentele concepten van thermodynamische systemen. Hersteld van: Textscientificas.com.
4. Engel, T. 2007. Inleiding tot fysicochemie: thermodynamica. Pearson. 1-9.
5. Nag, p.K. 2002. Basic en toegepaste thermodynamica. Tata McGraw Hill. 1-4.
6. Universiteit van Navojoa. Basisfysicochemie. Hersteld van: fqb-unav.Forosactief.netto